某海上平臺隸屬于中海石油（中國）有限公司湛江分公司，2018年7月開(kāi)始試生產(chǎn)，至今1年多以來(lái)，接入中控系統的磁致伸縮液位變送器發(fā)生大范圍的顯示值跳變和故障，共導致5次以上生產(chǎn)關(guān)停，多次調節閥控制不穩，嚴重影響了平臺的安全生產(chǎn)和生產(chǎn)時(shí)效，牽涉了大量的人力物力，甚至導致了一些次生問(wèn)題，對平臺設備的正常運行造成嚴重威脅。

 

平臺磁致伸縮液位計共計有81臺，分屬3個(gè)品牌，其中一個(gè)品牌液位變送器有14臺，表現較好，但其余2個(gè)品牌總計產(chǎn)生過(guò)跳變或故障的涉及到其中的 24 臺，故障率高達36.2%，參與ESD 邏輯關(guān)斷的共有10臺，不參與關(guān)斷的其他14臺異常的液位跳變導致發(fā)出的虛假控制指令也會(huì )間接造成關(guān)斷。各品牌液位變送器都為同一批次、同一工程建造階段安裝和調試。

 

 1 磁致伸縮液位變送器簡(jiǎn)介

磁致伸縮液位變送器利用的是磁致伸縮原理設計而成，利用傳感管內磁致伸縮線(xiàn)上脈沖電流向下傳送產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)，與磁性浮球的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭力波，通過(guò)檢測扭力波傳輸的時(shí)間從而判斷浮球的位置，進(jìn)而準確判斷出液面位置[1]。 2 故障現象從投產(chǎn)伊始，磁致伸縮液位變送器開(kāi)始出現大范圍顯示值跳變，典型的故障現象主要有： （1）周期性跳變：一直不穩定，始終處于跳變狀態(tài)，跳變幅度范圍較大，但未達到關(guān)停設點(diǎn)值。 （2）尖峰跳變：大部分時(shí)間運行較穩定，但偶爾出現向上或向下的尖峰跳變，超過(guò)高高/低低設定值，引起關(guān)停。 （3）液位變化時(shí)輸出不變，液位顯示逐漸從正常值降低至#低液位等。 

 

3 故障原因排查

 

3.1 中控系統排查

（1）中控系統卡件故障。在線(xiàn)檢查中控系統，確認硬件組態(tài)、程序、參數設置正確，所有卡件運行正常，排除了卡件的問(wèn)題。（2）中控系統軟件問(wèn)題。在組態(tài)軟件中，手動(dòng)給定模擬量值，畫(huà)面顯示正常，排除了監控軟件的問(wèn)題。 （3）接線(xiàn)問(wèn)題。檢查中控控制柜、中間接線(xiàn)箱、液位變送器等接線(xiàn)都正確，各點(diǎn)接觸良好；分別從接線(xiàn)柜端子排上和現場(chǎng)變送器處用毫安信號發(fā)生器模擬輸人4-20mA電流信號，中控都顯示正常，未出現異常跳變的情況，排除了接線(xiàn)問(wèn)題。 

 

3.2 環(huán)境因素排查

 

（1）振動(dòng)

查找液位變送器設計數據表，對壓縮機橇內的液位變送器提出增加隔振環(huán)的要求，而對其他區域沒(méi)有這一要求。但實(shí)際上，離壓縮機近的區域振動(dòng)也很大，這些區域與壓縮機區域內安裝的液位變送器跳變情況差別非常明顯，要頻繁得多。因此振動(dòng)是導致變送器跳變的主因之一。 

 

（2）電磁干擾

平臺共7臺天然氣壓縮機，其中有6臺由變頻器和變頻電機驅動(dòng)，此外，其他區域也有使用變頻驅動(dòng)設備。變頻設備產(chǎn)生的電磁干擾明顯表現在壓縮機本體的熱電阻溫度跳變上，導致熱電阻溫度在變頻電機不啟動(dòng)時(shí)正常，但在變頻電機啟動(dòng)運行時(shí)必然發(fā)生±10℃的跳變。由此推斷出現場(chǎng)確實(shí)存在電磁干擾，而通過(guò)示波器連接液位變送器接線(xiàn)板，觀(guān)察曲線(xiàn)圖也檢測到了這種干擾，是導致液位變送器跳變的主因之一。 

 

3.3 液位變送器自身因素排查

（1）門(mén)檻電壓

出現無(wú)序跳變后，適當調高門(mén)檻電壓，部分液位變送器跳變情況得到明顯好轉，但部分跳變問(wèn)題無(wú)法解決，仍時(shí)有發(fā)生。較多液位變送器需調整門(mén)檻電壓，設置不合適是導致液位變送器跳變的主要原因之一。 

 

（2）剩磁影響

實(shí)際液位變化時(shí)輸出不變，使用磁鐵靠近探桿時(shí)輸出有變化。此時(shí)探桿上應殘余有剩磁，需用磁棒或浮子自底到頂的滑探桿來(lái)消除。此類(lèi)情況出現較少，非主因。 

（3）變送模塊、探桿、浮子故障

跳變始終無(wú)法解決的液位變送器，部分經(jīng)更換變送模塊后顯示正常，部分需更換探桿才能解決問(wèn)題。浮子存在幾種情況：浮子在壓力作用下被嚴重壓扁、開(kāi)裂進(jìn)液、磁性減弱，這些問(wèn)題都會(huì )導致變送器故障，需要更換。產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題缺陷較明顯，是主因之一。

 

 4 問(wèn)題原因分析

（1）門(mén)檻電壓

分析磁致伸縮信號曲線(xiàn)圖發(fā)現，起始電流脈沖波發(fā)出開(kāi)始計時(shí)，一直到扭應力波值超過(guò)預先設定的門(mén)檻電壓值時(shí)停止計時(shí)，由這個(gè)時(shí)間間隔換算出液位高度；若門(mén)檻電壓設置過(guò)高，超過(guò)扭應力波峰值，則會(huì )始終檢測不到扭應力波，變送器無(wú)輸出；若門(mén)檻電壓設置過(guò)低，則會(huì )先檢測到一些雜波，導致測量不準，而且雜波的產(chǎn)生無(wú)規律，會(huì )出現液位跳變的情況。 

（2）電磁干擾

變頻電機對電網(wǎng)而言是非線(xiàn)性負載，當電流流經(jīng)負載時(shí)，與所加的電壓呈非線(xiàn)性關(guān)系，或者輸出的電流本身不是標準的正弦波，從而產(chǎn)生諧波，進(jìn)而對其他電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。干擾途徑與一般電磁干擾途徑一致，主要分電磁輻射、傳 導、感應耦合。這些干擾會(huì )影響液位變送器電子元器件的正常運行及液位變送器本身磁場(chǎng)的穩定性，或在信號電纜中因感應耦合而產(chǎn)生信號傳輸波動(dòng)，從而導致跳變。 

（3）振動(dòng)

一般液位變送器都有抗振的要求，但當振動(dòng)過(guò)大時(shí)，超過(guò)了儀表安裝環(huán)境的要求，而液位變送器掛扣在測量筒上沒(méi)有緩沖墊，加劇了振動(dòng)的影響，直接體現在幾個(gè)方面：加速元器件的老化；影響電子元器件工作穩定性；受振動(dòng)的影響，浮子與探桿之間的間距突變，影響磁場(chǎng)的穩定性等，從而影響到液位顯示的穩定。人為對液位變送器探桿進(jìn)行小幅度的擊打實(shí)驗，明顯觀(guān)察到液位顯示值的跳變。 

（4）自身特性

磁致伸縮液位變送器本身的工作原理決定了其電氣回路結構復雜，對元器件工作穩定性、精que度要求很高，但現場(chǎng)跳變的液位變送器，國外品牌國內生產(chǎn)制造，并非一體式安裝制造，制造工藝或精度要求不一定達標；產(chǎn)品應用經(jīng)驗不足，未在海上平臺環(huán)境大范圍使用過(guò)，未針對特殊的環(huán)境進(jìn)行過(guò)軟硬件升級改造；選型時(shí)也未針對高電磁干擾、高振動(dòng)的情況提出更高的招標要求。這些因素綜合作用下，導致了目前液位變送器穩定性不足的現狀。

 

 5 解決方法分析

5.1 環(huán)境因素

（1）振動(dòng)。降低振動(dòng)，在探桿與測量筒之間增加隔振環(huán)，重新調整設置探桿與浮子之間的間距。 

（2）電磁干擾。采用增加屏蔽等措施降低電磁輻射；嚴格按照規范要求做好各項屏蔽接地；在變送器與中控卡件之間增加模擬信號隔離器，過(guò)濾降低跳變信號的干擾，提高穩定性；中控程序中增加延時(shí)濾波程序，降低電磁干擾的影響。

 

 5.2 自身因素

（1）調節門(mén)檻電壓。門(mén)檻電壓不能過(guò)高或過(guò)低，#好在連接示波器后，根據其顯示的曲線(xiàn)圖調整門(mén)檻電壓至扭力波峰值范圍內1/2處。若沒(méi)有示波器，順時(shí)針或逆時(shí)針調整門(mén)檻電壓一次2～3圈至表頭輸出正常為止。 

（2）元器件故障。掌握磁致伸縮液位工作原理及日常維護處理方法，當變送模塊、探桿、浮子等出現故障時(shí)，及時(shí)鎖定故障根源，維修或替換備件。 

（3）選型問(wèn)題。選型時(shí)必須充分考慮現場(chǎng)高振動(dòng)、高電磁干擾的特殊情況，對液位變送器本身提出更高的要求；同時(shí)，可選擇電氣回路更簡(jiǎn)單的干簧電阻式液位變送器，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，其在抗振和抗電磁干擾方面表現遠優(yōu)于磁致伸縮液位變送器。

（4）穩定性問(wèn)題。某品牌磁致液位變送器在之前的實(shí)際應用中也經(jīng)歷過(guò)大范圍跳變的情況，但在深入分析故障現象和原因后，針對液位計硬件與軟件設施的電磁兼容的多項要求進(jìn)行了大量的升級改造工作，在承受射頻電磁場(chǎng)輻射、射頻場(chǎng)磁感應的傳導騷擾、電快速瞬變沖群、浪涌沖擊等方面有了改觀(guān)，大大提升了液位變送器的穩定性。

 

 6 結語(yǔ)

文章從海上平臺案例出發(fā)，結合現場(chǎng)排查，從理論上分析得出磁致伸縮液位變送器跳變的具體原因，并從環(huán)境和本身兩個(gè)方面提出了解決方案。但受現場(chǎng)實(shí)際情況所限及時(shí)間和成本等因素影響，某些解決措施還需經(jīng)長(cháng)期的觀(guān)察，確定是否從根源真正解決了問(wèn)題。同時(shí)，液位變送器本身存在的一些缺陷需現場(chǎng)人員和廠(chǎng)家共同努力，從各個(gè)方面深入研究解決，保障現場(chǎng)生產(chǎn)的平穩運行。